JPH0831747A - プラズマプロセス運転支援方法及びその装置並びにプラズマプロセス装置 - Google Patents
プラズマプロセス運転支援方法及びその装置並びにプラズマプロセス装置Info
- Publication number
- JPH0831747A JPH0831747A JP6161372A JP16137294A JPH0831747A JP H0831747 A JPH0831747 A JP H0831747A JP 6161372 A JP6161372 A JP 6161372A JP 16137294 A JP16137294 A JP 16137294A JP H0831747 A JPH0831747 A JP H0831747A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- ions
- density
- reaction
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマプロセス装置で、基板処理に最適な
プロセスを実現する装置パラメータの選定を容易且つ適
切に行う。 【構成】 プラズマプロセス運転パラメータや反応生成
物の特定波長の発光強度を読み込む入力装置２、プラズ
マ内の化学反応を追跡するプラズマ輸送解析部４、中性
粒子輸送解析部５、回路解析部６とから構成される解析
装置３と、解析装置３で得られたプラズマに関する情報
を出力すると共に、入力装置１に読み込まれた装置運転
パラメータとプラズマに関する情報との相関関係を出力
し保存してデータベース化する出力装置７から成り、プ
ラズマプロセス装置で基板処理に関与するプラズマ内の
中性ラジカル，イオン等の反応生成物の組成や密度と、
多数ある装置運転パラメータとの相関をシミュレーショ
ンし、オペレータはシミュレーション結果を見ながら、
最適な装置パラメータの選定を行う。
プロセスを実現する装置パラメータの選定を容易且つ適
切に行う。 【構成】 プラズマプロセス運転パラメータや反応生成
物の特定波長の発光強度を読み込む入力装置２、プラズ
マ内の化学反応を追跡するプラズマ輸送解析部４、中性
粒子輸送解析部５、回路解析部６とから構成される解析
装置３と、解析装置３で得られたプラズマに関する情報
を出力すると共に、入力装置１に読み込まれた装置運転
パラメータとプラズマに関する情報との相関関係を出力
し保存してデータベース化する出力装置７から成り、プ
ラズマプロセス装置で基板処理に関与するプラズマ内の
中性ラジカル，イオン等の反応生成物の組成や密度と、
多数ある装置運転パラメータとの相関をシミュレーショ
ンし、オペレータはシミュレーション結果を見ながら、
最適な装置パラメータの選定を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＣＶＤやエッチング等を
行うプラズマプロセス装置の運転を支援する方法及びそ
の装置に係り、特に、最適なプラズマプロセスを実現す
るのに好適な運転支援方法及びその装置に関する。
行うプラズマプロセス装置の運転を支援する方法及びそ
の装置に係り、特に、最適なプラズマプロセスを実現す
るのに好適な運転支援方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＶＤやエッチング等では、反応性のガ
スをプラズマによって分解し、多種類のイオンや中性ラ
ジカルを生成させる。これら生成物が基板表面に入射
し、固体と物理的，化学的反応を起こし、固体表面に吸
着したり反応生成物が固体表面から脱離する。例えばエ
ッチングでは、塩素等のハロゲン系のガスが用いられる
が、塩素ガスは分解して塩素イオン（Ｃｌ+，Ｃｌ2 +）
や塩素ラジカル（Ｃｌ）を生成するが、これ以外にも、
分子イオンや分子ラジカルも基板に入射する。一般に、
中性のラジカルのみによる化学的反応やイオンによる物
理スパッタだけでは、基板のエッチング反応は小さく、
中性ラジカルが基板表面に吸着した状態でイオンが入射
しエネルギを与えて反応を促進するイオンアシスト反応
が主に関与している。そのため、中性のラジカル及びイ
オンの組成比やフラックスを知ることが重要となる。そ
こで、プラズマプロセス装置運転のモニタやプロセス条
件の設定のために、これらを測定することが必要にな
る。
スをプラズマによって分解し、多種類のイオンや中性ラ
ジカルを生成させる。これら生成物が基板表面に入射
し、固体と物理的，化学的反応を起こし、固体表面に吸
着したり反応生成物が固体表面から脱離する。例えばエ
ッチングでは、塩素等のハロゲン系のガスが用いられる
が、塩素ガスは分解して塩素イオン（Ｃｌ+，Ｃｌ2 +）
や塩素ラジカル（Ｃｌ）を生成するが、これ以外にも、
分子イオンや分子ラジカルも基板に入射する。一般に、
中性のラジカルのみによる化学的反応やイオンによる物
理スパッタだけでは、基板のエッチング反応は小さく、
中性ラジカルが基板表面に吸着した状態でイオンが入射
しエネルギを与えて反応を促進するイオンアシスト反応
が主に関与している。そのため、中性のラジカル及びイ
オンの組成比やフラックスを知ることが重要となる。そ
こで、プラズマプロセス装置運転のモニタやプロセス条
件の設定のために、これらを測定することが必要にな
る。
【０００３】イオンの種類や入射エネルギの測定では、
従来から質量分析法 が用いられている。この質量分析
法では、平行に配置された４本の円柱電極に交流と直流
電圧を重畳し、特定イオンに対してのみ集束させ他のイ
オンに対しては発散させるレンズを構成して、質量分析
を行う。
従来から質量分析法 が用いられている。この質量分析
法では、平行に配置された４本の円柱電極に交流と直流
電圧を重畳し、特定イオンに対してのみ集束させ他のイ
オンに対しては発散させるレンズを構成して、質量分析
を行う。
【０００４】中性ラジカルの計測では、構成が簡便であ
ることから、プラズマからの発光スペクトルを分光器で
観測することが行われている。これを基にしたものとし
て、ビデオカメラ、画像処理装置とパソコンを用いてプ
ラズマの発光変化を連続的にモニタするというプラズマ
反応監視方法が、特開昭63-177415号公報に記載されて
いる。
ることから、プラズマからの発光スペクトルを分光器で
観測することが行われている。これを基にしたものとし
て、ビデオカメラ、画像処理装置とパソコンを用いてプ
ラズマの発光変化を連続的にモニタするというプラズマ
反応監視方法が、特開昭63-177415号公報に記載されて
いる。
【０００５】また、プラズマ中に微量の希ガスを添加
し、反応ガス原子と希ガス原子の発光スペクトル強度を
測定し、発光強度が密度に比例するとして反応ガス原子
密度の相対変化を求める方法がある（アクチノメトリ
法）。発光スペクトル測定の他にも、原子や分子をその
電子準位間隔に等しいエネルギを持つレーザ光で励起
し、励起種からの蛍光を観測するレーザ誘起蛍光法があ
る。この方法では、基底状態を含め、原子や分子のエネ
ルギ準位を特定させて観測することが可能であり、レー
ザ光を集光し、走査することで空間分布測定が可能であ
る。
し、反応ガス原子と希ガス原子の発光スペクトル強度を
測定し、発光強度が密度に比例するとして反応ガス原子
密度の相対変化を求める方法がある（アクチノメトリ
法）。発光スペクトル測定の他にも、原子や分子をその
電子準位間隔に等しいエネルギを持つレーザ光で励起
し、励起種からの蛍光を観測するレーザ誘起蛍光法があ
る。この方法では、基底状態を含め、原子や分子のエネ
ルギ準位を特定させて観測することが可能であり、レー
ザ光を集光し、走査することで空間分布測定が可能であ
る。
【０００６】尚、従来技術に関連する文献として、 1)J.W.Coburn et al,: J.Appl.Phys. 43, 4965(1972) 2)R.A.Gottscho et al,: J.Appl.Phys. 56, 245(1984) がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】イオンの種類やエネル
ギを測定する質量分析法では、プラズマ中のイオンを引
き出したり基板に入射するイオンの一部を取り出して質
量分析計に導くため、プラズマの状態を乱して測定して
いることになる。従って、その測定結果は、プラズマ状
態を正確に表しているとはいえない。また、装置構成が
複雑で高価になるため、実際の半導体製造プロセスに装
荷することは困難である。また同様のことがレーザ誘起
蛍光法にも当てはまる。
ギを測定する質量分析法では、プラズマ中のイオンを引
き出したり基板に入射するイオンの一部を取り出して質
量分析計に導くため、プラズマの状態を乱して測定して
いることになる。従って、その測定結果は、プラズマ状
態を正確に表しているとはいえない。また、装置構成が
複雑で高価になるため、実際の半導体製造プロセスに装
荷することは困難である。また同様のことがレーザ誘起
蛍光法にも当てはまる。
【０００８】プラズマからの発光スペクトル測定は、構
成が簡便であることから中性ラジカルの測定に用いられ
るが、この方法で求められるのは励起状態にある原子や
分子に関する情報である。プラズマプロセスでは、通
常、反応室内プラズマの電子温度は数ｅＶであるから、
励起状態にある原子や分子は少なく、大部分は基底状態
にある。プラズマプロセスで重要となる基底状態に関す
る情報は、単なる発光スペクトル測定では得られない。
成が簡便であることから中性ラジカルの測定に用いられ
るが、この方法で求められるのは励起状態にある原子や
分子に関する情報である。プラズマプロセスでは、通
常、反応室内プラズマの電子温度は数ｅＶであるから、
励起状態にある原子や分子は少なく、大部分は基底状態
にある。プラズマプロセスで重要となる基底状態に関す
る情報は、単なる発光スペクトル測定では得られない。
【０００９】これを補正するものとして、上記のアクチ
ノメトリ法がある。例えば、エッチングに用いられるフ
ッ素ガス系のＦ原子密度の相対変化を求めるために、Ｆ
原子とＡｒ原子の発光スペクトルを測定し、Ｉf，Ｉaを
Ｆ原子とＡｒ原子の発光スペクトル強度、Ｎf，Ｎaを各
々の密度とすると、Ｉｆ /Ｉa ∝ Ｎf /ＮaよりＦ原子
の発光強度をＡｒのそれで規格化し、Ｆ原子密度の相対
変化を求める。これは、電子密度や温度の変化による基
底−励起状態への遷移確率の変化をＡｒで規格化できる
ことを期待したものである。但し、一般にＦ原子等とＡ
ｒ原子とで励起断面積の閾値やエネルギ依存性が異な
り、Ｆ原子の励起状態への変化は、基底状態からの励起
過程のみならず、電子衝突による解離反応や、イオン−
ラジカル反応等によっても起きるので、正確なプロセス
のモニタとはならない。
ノメトリ法がある。例えば、エッチングに用いられるフ
ッ素ガス系のＦ原子密度の相対変化を求めるために、Ｆ
原子とＡｒ原子の発光スペクトルを測定し、Ｉf，Ｉaを
Ｆ原子とＡｒ原子の発光スペクトル強度、Ｎf，Ｎaを各
々の密度とすると、Ｉｆ /Ｉa ∝ Ｎf /ＮaよりＦ原子
の発光強度をＡｒのそれで規格化し、Ｆ原子密度の相対
変化を求める。これは、電子密度や温度の変化による基
底−励起状態への遷移確率の変化をＡｒで規格化できる
ことを期待したものである。但し、一般にＦ原子等とＡ
ｒ原子とで励起断面積の閾値やエネルギ依存性が異な
り、Ｆ原子の励起状態への変化は、基底状態からの励起
過程のみならず、電子衝突による解離反応や、イオン−
ラジカル反応等によっても起きるので、正確なプロセス
のモニタとはならない。
【００１０】本発明の目的は、最適なプラズマ状態を実
現するプラズマプロセス装置の運転パラメータを容易且
つ的確に設定できるプラズマプロセス運転支援方法及び
その装置並びにプラズマプロセス装置を提供することに
ある。
現するプラズマプロセス装置の運転パラメータを容易且
つ的確に設定できるプラズマプロセス運転支援方法及び
その装置並びにプラズマプロセス装置を提供することに
ある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的は、プラズマプ
ロセス装置の運転パラメータ、または、該運転パラメー
タ及び反応生成物の発光強度，蛍光強度分布の測定値を
入力とし、プラズマ内の電子温度，密度，ラジカル組
成，密度等のプラズマ特性を計算機支援により求め、前
記プラズマ特性を基にして基板のプラズマ処理に関与す
る特定のイオン，ラジカル組成，密度，基板に入射する
フラックス，エネルギを求めることで、達成される。
ロセス装置の運転パラメータ、または、該運転パラメー
タ及び反応生成物の発光強度，蛍光強度分布の測定値を
入力とし、プラズマ内の電子温度，密度，ラジカル組
成，密度等のプラズマ特性を計算機支援により求め、前
記プラズマ特性を基にして基板のプラズマ処理に関与す
る特定のイオン，ラジカル組成，密度，基板に入射する
フラックス，エネルギを求めることで、達成される。
【００１２】
【作用】プラズマプロセス装置で基板のプラズマ処理に
関与するプラズマ内の中性ラジカル，イオン等の反応生
成物の組成や密度と、多数ある装置運転パラメータとの
相関をシミュレーションするので、オペレータはシミュ
レーション結果を見ながら、最適な装置パラメータの選
定を行うことができる。
関与するプラズマ内の中性ラジカル，イオン等の反応生
成物の組成や密度と、多数ある装置運転パラメータとの
相関をシミュレーションするので、オペレータはシミュ
レーション結果を見ながら、最適な装置パラメータの選
定を行うことができる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。まず、本発明実施例の原理を説明する。プラズ
マプロセスでは、マイクロ波や高周波を用いプラズマを
発生させて反応性ガスを分解し、その結果生じる反応生
成物で基板を処理する。その様子を図５に模式的に示
す。このプラズマ内でエネルギの担い手は質量の軽い電
子であり、そのエネルギは数ｅＶ〜10数ｅＶである。一
方、イオンは、中性粒子と同程度の温度しかなく、エネ
ルギ的に非平衡にあるのが特徴である。電子はマイクロ
波や高周波による加速のため、高エネルギ成分が多く、
これが原料ガスの励起，電離や解離反応を支配する。特
に解離反応で生ずる原子すなわち中性ラジカルは、反応
性が高く、直接基板処理に関与したり、イオンや他の中
性粒子と反応して、その他の反応生成物を作り出す。こ
の他にも中性ラジカルは、解離性電離や荷電粒子の再結
合、荷電交換反応等によって生成される等、複雑な過程
を経る。また、中性ラジカルの発光強度をモニタする場
合も、基底状態の中性ラジカルから励起されたものと、
解離反応の際に励起状態で生成されたものとがあるた
め、発光強度がそのまま中性ラジカルの密度に関する情
報を現しているとはいえない。プラズマの状態を調べる
には、その中の反応素過程まで立ち返って考える必要が
ある。
明する。まず、本発明実施例の原理を説明する。プラズ
マプロセスでは、マイクロ波や高周波を用いプラズマを
発生させて反応性ガスを分解し、その結果生じる反応生
成物で基板を処理する。その様子を図５に模式的に示
す。このプラズマ内でエネルギの担い手は質量の軽い電
子であり、そのエネルギは数ｅＶ〜10数ｅＶである。一
方、イオンは、中性粒子と同程度の温度しかなく、エネ
ルギ的に非平衡にあるのが特徴である。電子はマイクロ
波や高周波による加速のため、高エネルギ成分が多く、
これが原料ガスの励起，電離や解離反応を支配する。特
に解離反応で生ずる原子すなわち中性ラジカルは、反応
性が高く、直接基板処理に関与したり、イオンや他の中
性粒子と反応して、その他の反応生成物を作り出す。こ
の他にも中性ラジカルは、解離性電離や荷電粒子の再結
合、荷電交換反応等によって生成される等、複雑な過程
を経る。また、中性ラジカルの発光強度をモニタする場
合も、基底状態の中性ラジカルから励起されたものと、
解離反応の際に励起状態で生成されたものとがあるた
め、発光強度がそのまま中性ラジカルの密度に関する情
報を現しているとはいえない。プラズマの状態を調べる
には、その中の反応素過程まで立ち返って考える必要が
ある。
【００１４】そこで、本発明実施例では、シミュレータ
により、計算機支援でプラズマ内の化学反応を追跡し、
反応生成物であるイオン，ラジカル等の組成や、密度，
基板入射フラックスを計算する。
により、計算機支援でプラズマ内の化学反応を追跡し、
反応生成物であるイオン，ラジカル等の組成や、密度，
基板入射フラックスを計算する。
【００１５】プラズマ内で化学反応を支配するのは電
子，イオンであり、そのエネルギが重要である。そこ
で、シミュレータでは、各々の運動を運動方程式で追跡
し、また、荷電粒子が場から受ける力を計算するために
Maxwell方程式を用いて電場，磁場を解く。電子，イオ
ンが関与する反応すなわち励起，解離，電離や荷電交換
等は、求められたエネルギ分布と反応断面積を用いて計
算する。また、高周波印加時の基板に入射するプラズマ
のエネルギは、回路方程式と結合させて求める。中性ラ
ジカルや中性粒子等の電荷を持たない粒子は、レート方
程式を用いて追跡する。
子，イオンであり、そのエネルギが重要である。そこ
で、シミュレータでは、各々の運動を運動方程式で追跡
し、また、荷電粒子が場から受ける力を計算するために
Maxwell方程式を用いて電場，磁場を解く。電子，イオ
ンが関与する反応すなわち励起，解離，電離や荷電交換
等は、求められたエネルギ分布と反応断面積を用いて計
算する。また、高周波印加時の基板に入射するプラズマ
のエネルギは、回路方程式と結合させて求める。中性ラ
ジカルや中性粒子等の電荷を持たない粒子は、レート方
程式を用いて追跡する。
【００１６】このように、反応素過程を追跡すること
で、プラズマ内の状態をシミュレーションする。このシ
ミュレータの入力データとしては、プラズマプロセス装
置の運転パラメータであるマイクロ波パワー、ガス圧、
ガス混合比、印加高周波電圧、周波数、体系の大きさ等
を用いる。シミュレータからは、電子、イオンの密度、
エネルギ分布、基板入射エネルギ、中性ラジカルや反応
生成物の組成、密度、基板入射フラックスが出力され
る。
で、プラズマ内の状態をシミュレーションする。このシ
ミュレータの入力データとしては、プラズマプロセス装
置の運転パラメータであるマイクロ波パワー、ガス圧、
ガス混合比、印加高周波電圧、周波数、体系の大きさ等
を用いる。シミュレータからは、電子、イオンの密度、
エネルギ分布、基板入射エネルギ、中性ラジカルや反応
生成物の組成、密度、基板入射フラックスが出力され
る。
【００１７】プラズマプロセス装置の運転パラメータを
シミュレータの入力パラメータとし、電子，イオンの運
動方程式とMaxwell方程式を連立させて解くことによ
り、自己無憧着にエネルギ分布を求めることができる。
そのため、電子，イオンによって起こされる励起，解
離，電離や荷電交換反応で生成されるイオンや中性ラジ
カル等の反応生成物の生成率が求められ、この過程で生
成された荷電粒子は上記の方法でその運動が追跡され
る。
シミュレータの入力パラメータとし、電子，イオンの運
動方程式とMaxwell方程式を連立させて解くことによ
り、自己無憧着にエネルギ分布を求めることができる。
そのため、電子，イオンによって起こされる励起，解
離，電離や荷電交換反応で生成されるイオンや中性ラジ
カル等の反応生成物の生成率が求められ、この過程で生
成された荷電粒子は上記の方法でその運動が追跡され
る。
【００１８】電荷を持たない中性ラジカルは、反応定数
を用いた流れを伴うレート方程式で、引き続く反応が追
跡される。以上の手続きを、プラズマ内反応の時定数の
数倍の時間繰り返し、また、基板に入射する電子やイオ
ンの速度が求められる。このため、これを高周波回路の
回路方程式に結び付けることで、基板の電位やプラズマ
電位が求まり、高周波印加時に特有な自己バイアス（高
周波に対する電子、イオンの追随性の差異から生ずる基
板電位の沈み込み）が求められる。その結果として、基
板入射イオンエネルギが求まる。
を用いた流れを伴うレート方程式で、引き続く反応が追
跡される。以上の手続きを、プラズマ内反応の時定数の
数倍の時間繰り返し、また、基板に入射する電子やイオ
ンの速度が求められる。このため、これを高周波回路の
回路方程式に結び付けることで、基板の電位やプラズマ
電位が求まり、高周波印加時に特有な自己バイアス（高
周波に対する電子、イオンの追随性の差異から生ずる基
板電位の沈み込み）が求められる。その結果として、基
板入射イオンエネルギが求まる。
【００１９】シミュレータによって、プラズマ内のイオ
ンや電子の密度、エネルギ（温度）、基板入射フラック
ス、中性ラジカルや反応生成物の組成、密度等が出力と
して得られると、その結果、入力である装置の運転パラ
メータと出力であるプラズマ内のイオン、電子、中性ラ
ジカルや反応生成物の情報との相関が明確になる。
ンや電子の密度、エネルギ（温度）、基板入射フラック
ス、中性ラジカルや反応生成物の組成、密度等が出力と
して得られると、その結果、入力である装置の運転パラ
メータと出力であるプラズマ内のイオン、電子、中性ラ
ジカルや反応生成物の情報との相関が明確になる。
【００２０】上記では、反応断面積や反応定数が既知の
場合を述べたが、ＣＶＤやエッチングで使用される種々
の反応性ガスには、電子，イオン衝突による反応断面積
やラジカル−イオン，イオン−中性粒子，ラジカル−イ
オン等、反応定数が未知のものがある。この場合、プロ
ーブによるプラズマの密度，温度測定やレーザや分光器
による中性ラジカルの密度測定の結果と上記のシミュレ
−タの結果とを比較することで、反応素過程の情報，反
応断面積，反応定数が逆に求められる。また、プラズマ
と基板，壁との相互作用における中性ラジカルの付着係
数を推定することもできる。基板や壁に反応生成物が付
着することによるプラズマ状態の変化の監視は、特定反
応生成物の特定波長の発光強度をモニタし、プラズマ状
態やプラズマ境界条件の時間的変化の情報を上記シミュ
レータで注目する中性ラジカルやイオン，反応生成物の
密度の情報に変換し、その情報をもとに監視できる。
場合を述べたが、ＣＶＤやエッチングで使用される種々
の反応性ガスには、電子，イオン衝突による反応断面積
やラジカル−イオン，イオン−中性粒子，ラジカル−イ
オン等、反応定数が未知のものがある。この場合、プロ
ーブによるプラズマの密度，温度測定やレーザや分光器
による中性ラジカルの密度測定の結果と上記のシミュレ
−タの結果とを比較することで、反応素過程の情報，反
応断面積，反応定数が逆に求められる。また、プラズマ
と基板，壁との相互作用における中性ラジカルの付着係
数を推定することもできる。基板や壁に反応生成物が付
着することによるプラズマ状態の変化の監視は、特定反
応生成物の特定波長の発光強度をモニタし、プラズマ状
態やプラズマ境界条件の時間的変化の情報を上記シミュ
レータで注目する中性ラジカルやイオン，反応生成物の
密度の情報に変換し、その情報をもとに監視できる。
【００２１】図１（ａ）は、プラズマプロセス装置に本
発明の一実施例に係るプラズマプロセス運転支援装置
（シミュレータ）を取り付けた図の構成図であり、図１
（ｂ）はシミュレータの詳細機能構成図である。図１
（ｂ）において、シミュレータ12は、入力装置１から、
マイクロ波パワー、ガス圧、混合比、印加高周波電圧、
磁場配位等のプラズマプロセス運転パラメータを読み込
み、入力装置２から、プラズマ内の反応生成物の特定波
長の発光強度を読み込む。
発明の一実施例に係るプラズマプロセス運転支援装置
（シミュレータ）を取り付けた図の構成図であり、図１
（ｂ）はシミュレータの詳細機能構成図である。図１
（ｂ）において、シミュレータ12は、入力装置１から、
マイクロ波パワー、ガス圧、混合比、印加高周波電圧、
磁場配位等のプラズマプロセス運転パラメータを読み込
み、入力装置２から、プラズマ内の反応生成物の特定波
長の発光強度を読み込む。
【００２２】解析装置３は、プラズマ輸送解析部４と、
中性粒子輸送解析部５と、回路解析部６とから構成され
る。プラズマ解析部４は、入力値を用いて、電子，イオ
ンの運動方程式と磁場，電場とを連立させて計算し、電
子，イオンのエネルギ分布を求め、更に、反応断面積や
反応定数を用いてイオン，中性ラジカル，反応生成物の
発生率を求める。中性粒子輸送解析部５は、中性粒子が
関与する反応の反応定数を基に、レート方程式を用いて
中性ラジカルや反応生成物の発生率や挙動を追跡する。
回路解析部６は、プラズマ輸送解析部４の計算結果に連
立させて高周波回路方程式を解き、回路電流，電極電位
を計算により求める。尚、図中の矢印はデータの流れを
示す。
中性粒子輸送解析部５と、回路解析部６とから構成され
る。プラズマ解析部４は、入力値を用いて、電子，イオ
ンの運動方程式と磁場，電場とを連立させて計算し、電
子，イオンのエネルギ分布を求め、更に、反応断面積や
反応定数を用いてイオン，中性ラジカル，反応生成物の
発生率を求める。中性粒子輸送解析部５は、中性粒子が
関与する反応の反応定数を基に、レート方程式を用いて
中性ラジカルや反応生成物の発生率や挙動を追跡する。
回路解析部６は、プラズマ輸送解析部４の計算結果に連
立させて高周波回路方程式を解き、回路電流，電極電位
を計算により求める。尚、図中の矢印はデータの流れを
示す。
【００２３】シミュレータ12は、上述した入力部、解析
部、出力部から構成される。入力装置１、入力装置２、
解析装置３は、１台または複数台の電子計算機で構成さ
れる。解析装置３で得られた情報は、出力装置７に蓄え
られる。出力装置７では、得られたプラズマに関する情
報を出力すると共に、入力装置１に読み込まれた装置運
転パラメータとプラズマに関する情報との相関関係を出
力し、またこの関係を保存してデータベース化する。プ
ラズマプロセス装置の発光計測は、カメラ８、分光器９
と、波形演算器10を用いて行い、その結果を入力装置２
に入力する。
部、出力部から構成される。入力装置１、入力装置２、
解析装置３は、１台または複数台の電子計算機で構成さ
れる。解析装置３で得られた情報は、出力装置７に蓄え
られる。出力装置７では、得られたプラズマに関する情
報を出力すると共に、入力装置１に読み込まれた装置運
転パラメータとプラズマに関する情報との相関関係を出
力し、またこの関係を保存してデータベース化する。プ
ラズマプロセス装置の発光計測は、カメラ８、分光器９
と、波形演算器10を用いて行い、その結果を入力装置２
に入力する。
【００２４】シミュレータ12では、特定の粒子種の発光
強度や蛍光強度の測定値から、プラズマの密度，温度や
ラジカルの密度等の情報が得られる。また、プラズマの
密度，温度やラジカルの密度等を設定値とする装置運転
パラメータ求め、計算機11及び各種装置運転パラメータ
制御装置21，22，23，24，25によって、装置運転パラメ
ータを設定，制御する。
強度や蛍光強度の測定値から、プラズマの密度，温度や
ラジカルの密度等の情報が得られる。また、プラズマの
密度，温度やラジカルの密度等を設定値とする装置運転
パラメータ求め、計算機11及び各種装置運転パラメータ
制御装置21，22，23，24，25によって、装置運転パラメ
ータを設定，制御する。
【００２５】図２は、図１（ｂ）に示した運転支援装置
（シミュレータ）の処理手順を示すフローチャートであ
る。まず、基板処理の条件やその判定条件等のプロセス
の選定を行い、また運転パラメ−タの初期設定を行う。
プロセス選定では、イオンやラジカル，反応生成物の密
度，組成等の条件を設定する。次に、発光測定結果を入
力する。発光計測による発光種のデータから特定イオ
ン，ラジカルの組成，密度を算出し、上記パラメータの
時の特定イオン，ラジカルの組成や密度を運転支援装置
を用いて求めるか、予めデータベース化された結果を用
いて計算する。特定イオン，ラジカルの計算結果をプロ
セス選定の設定値と比較する。設定値の許容範囲外であ
れば、上記の運転支援装置による運転パラメータを再度
設定し、許容範囲内になるまでこの手続きを繰り返す。
（シミュレータ）の処理手順を示すフローチャートであ
る。まず、基板処理の条件やその判定条件等のプロセス
の選定を行い、また運転パラメ−タの初期設定を行う。
プロセス選定では、イオンやラジカル，反応生成物の密
度，組成等の条件を設定する。次に、発光測定結果を入
力する。発光計測による発光種のデータから特定イオ
ン，ラジカルの組成，密度を算出し、上記パラメータの
時の特定イオン，ラジカルの組成や密度を運転支援装置
を用いて求めるか、予めデータベース化された結果を用
いて計算する。特定イオン，ラジカルの計算結果をプロ
セス選定の設定値と比較する。設定値の許容範囲外であ
れば、上記の運転支援装置による運転パラメータを再度
設定し、許容範囲内になるまでこの手続きを繰り返す。
【００２６】図３は、図２に示した運転支援装置（シミ
ュレータ）の他の処理手順を示すフローチャートであ
る。この実施例では、プロセス選定時にプラズマからの
発光測定の結果をサンプルするサンプリング時間Δｔを
設定する。これは発光種が生成される反応過程の時定数
程度に設定する。図２に示した処理手順と同様にして、
初期パラメータの設定，発光計測，運転支援装置による
特定イオン，ラジカルの組成，密度の算定を行う。算定
した特定のイオン，ラジカルの組成や密度と設定値との
比較を上記サンプリング時間Δｔの数分の１の時間で行
う。
ュレータ）の他の処理手順を示すフローチャートであ
る。この実施例では、プロセス選定時にプラズマからの
発光測定の結果をサンプルするサンプリング時間Δｔを
設定する。これは発光種が生成される反応過程の時定数
程度に設定する。図２に示した処理手順と同様にして、
初期パラメータの設定，発光計測，運転支援装置による
特定イオン，ラジカルの組成，密度の算定を行う。算定
した特定のイオン，ラジカルの組成や密度と設定値との
比較を上記サンプリング時間Δｔの数分の１の時間で行
う。
【００２７】図４（ａ），（ｂ）は、図１（ｂ）に示し
た運転支援装置（シミュレータ）のシミュレーション結
果を表示する一例を示す画面図である。計算機支援によ
って求められたプラズマ内の電子温度や密度，ラジカル
組成や密度等のプラズマ特性，基板処理に関与する特定
のイオン，ラジカル組成や密度，基板に入射するフラッ
クスやエネルギ，基板に堆積する膜組成や、基板もしく
はプラズマ放電壁とラジカルやイオンとの相互作用によ
る反応生成物の組成やフラックス，膜質やエッチング速
度，選択比等の空間分布や時間変化を表示する。プラズ
マ，ラジカル，膜組成，エッチング特性等の時間変化，
空間分布等の各項目に表示すること、また特に所望する
項目を自由に組み合わせて表示する機能を持つ。
た運転支援装置（シミュレータ）のシミュレーション結
果を表示する一例を示す画面図である。計算機支援によ
って求められたプラズマ内の電子温度や密度，ラジカル
組成や密度等のプラズマ特性，基板処理に関与する特定
のイオン，ラジカル組成や密度，基板に入射するフラッ
クスやエネルギ，基板に堆積する膜組成や、基板もしく
はプラズマ放電壁とラジカルやイオンとの相互作用によ
る反応生成物の組成やフラックス，膜質やエッチング速
度，選択比等の空間分布や時間変化を表示する。プラズ
マ，ラジカル，膜組成，エッチング特性等の時間変化，
空間分布等の各項目に表示すること、また特に所望する
項目を自由に組み合わせて表示する機能を持つ。
【００２８】図６は、SiH4/H2混合ガスにおけるラジカ
ルフラックスのガス分圧比依存性を示したシミュレーシ
ョン結果を示すグラフであり、図７は、Cl2ガスにおけ
るラジカルとイオンフラックスの電子温度依存性を示し
たシミュレーション結果を示す図である。この図６，図
７に示したシミュレーション結果は、実際の測定結果と
良く合い、プラズマプロセス装置の条件設定時にその条
件によりシミュレーション結果を参照することで、最適
なプラズマ状態を実現することができ、良好な製品製造
に反映させることが可能となる。
ルフラックスのガス分圧比依存性を示したシミュレーシ
ョン結果を示すグラフであり、図７は、Cl2ガスにおけ
るラジカルとイオンフラックスの電子温度依存性を示し
たシミュレーション結果を示す図である。この図６，図
７に示したシミュレーション結果は、実際の測定結果と
良く合い、プラズマプロセス装置の条件設定時にその条
件によりシミュレーション結果を参照することで、最適
なプラズマ状態を実現することができ、良好な製品製造
に反映させることが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマ内の特定イオ
ン、ラジカルの組成、密度と装置の運転パラメータとの
相関が求められるため、基板処理に関与する反応生成物
を選択的に増やしたり、処理を阻害する反応生成物の割
合を減らす等のプロセスの条件設定が容易になる。また
装置運転中に発光分布をモニタして得られた発光種の情
報から、上記の支援装置でプラズマ状態の情報に焼直す
ことにより、特定のイオン、ラジカルの組成、密度の時
間変化の情報を得ることができ、安定した基板処理が連
続して行える。
ン、ラジカルの組成、密度と装置の運転パラメータとの
相関が求められるため、基板処理に関与する反応生成物
を選択的に増やしたり、処理を阻害する反応生成物の割
合を減らす等のプロセスの条件設定が容易になる。また
装置運転中に発光分布をモニタして得られた発光種の情
報から、上記の支援装置でプラズマ状態の情報に焼直す
ことにより、特定のイオン、ラジカルの組成、密度の時
間変化の情報を得ることができ、安定した基板処理が連
続して行える。
【図１】本発明の一実施例に係るプラズマプロセス装置
とその運転支援装置の構成図である。
とその運転支援装置の構成図である。
【図２】図１に示した運転支援装置の処理手順を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図３】図１に示した運転支援装置の他の処理手順を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図４】図１に示した運転支援装置の画面表示例を示す
図である。
図である。
【図５】プラズマ内化学反応の模式図である。
【図６】SiH4/H2混合ガスにおけるラジカルフラックス
のガス分圧比依存性を示すシミュレーション結果を示す
図である。
のガス分圧比依存性を示すシミュレーション結果を示す
図である。
【図７】Cl2ガスにおけるラジカルとイオンフラックス
の電子温度依存性を示すシミュレーション結果を示す図
である。
の電子温度依存性を示すシミュレーション結果を示す図
である。
【符号の説明】 １…入力装置、２…入力装置、３…解析装置、４…プラ
ズマ輸送解析部、５…中性粒子輸送解析部、６…回路解
析部、７…出力装置、８…カメラ、９…分光器、10…波
形演算器、11…計算機、12…シミュレ−タ、21…マイク
ロ波系制御装置、22…磁場発生系制御装置、23…ガス系
制御装置、24…基板系制御装置、25…高周波電源系制御
装置。
ズマ輸送解析部、５…中性粒子輸送解析部、６…回路解
析部、７…出力装置、８…カメラ、９…分光器、10…波
形演算器、11…計算機、12…シミュレ−タ、21…マイク
ロ波系制御装置、22…磁場発生系制御装置、23…ガス系
制御装置、24…基板系制御装置、25…高周波電源系制御
装置。
Claims (10)
- 【請求項１】 プラズマプロセス装置の運転パラメー
タ、または、該運転パラメータ及び反応生成物の発光強
度，蛍光強度分布の測定値を入力とし、プラズマ内の電
子温度，密度，ラジカル組成，密度等のプラズマ特性を
計算機支援により求め、前記プラズマ特性を基にして基
板のプラズマ処理に関与する特定のイオン，ラジカル組
成，密度，基板に入射するフラックス，エネルギを求め
ることを特徴とするプラズマプロセス運転支援方法。 - 【請求項２】 請求項１において、反応生成物の１つも
しくは複数の発光スペクトルの発光強度分布の測定値を
用い、反応生成物の密度，プラズマの密度，温度の分布
を特定し、計算結果を基に特定のイオン，ラジカルや反
応生成物の密度分布を許容範囲内に設定することを特徴
とするプラズマプロセス運転支援方法。 - 【請求項３】 請求項１において、反応生成物の複数本
の可視域の発光強度分布を特定のサンプリング時間毎に
測定し、発光波長が可視外もしくは可視域にある特定の
基底状態イオン，ラジカルの密度分布を計算し、サンプ
リング時間毎に計算結果と装置運転の設定値と比較し、
特定のイオン，ラジカルの密度分布を許容範囲内に設定
することを特徴とするプラズマプロセス運転支援方法。 - 【請求項４】 計算機支援によって求められたプラズマ
内の電子温度や密度，ラジカル組成や密度等のプラズマ
特性やこれを基にして求めた基板のプラズマ処理に関与
する特定のイオン，ラジカル組成や密度，基板に入射す
るフラックスやエネルギを基にして、基板に堆積する膜
組成や、基板若しくはプラズマ放電壁とラジカルやイオ
ンとの相互作用による反応生成物の組成やフラックスを
求める機能を備えることを特徴とするプラズマプロセス
運転支援装置。 - 【請求項５】 計算機支援によって求められたプラズマ
内の電子温度や密度，ラジカル組成や密度等のプラズマ
特性やこれを基にして求めた基板のプラズマ処理に関与
する特定のイオン，ラジカル組成や密度，基板に入射す
るフラックスやエネルギを基にして、基板に堆積する膜
組成や、基板若しくはプラズマ放電壁とラジカルやイオ
ンとの相互作用による反応生成物の組成やフラックスを
求め、それを基にして膜質やエッチング速度，選択比を
求める機能を備えることを特徴とするプラズマプロセス
運転支援装置。 - 【請求項６】 計算機支援によって求められたプラズマ
内の電子温度や密度，ラジカル組成や密度等のプラズマ
特性やこれを基にして求めた基板のプラズマ処理に関与
する特定のイオン，ラジカル組成や密度，基板に入射す
るフラックスやエネルギを基にして、基板に堆積する膜
組成や、基板若しくはプラズマ放電壁とラジカルやイオ
ンとの相互作用による反応生成物の組成やフラックスを
求め、それを基にして膜質やエッチング速度，選択比等
の空間分布や時間変化を表示する機能を備えることを特
徴とするプラズマプロセス運転支援装置。 - 【請求項７】 請求項４乃至請求項６のいずれかに記載
の運転支援装置を備え該運転支援装置により求めた運転
パラメータで運転されることを特徴とするプラズマプロ
セス装置。 - 【請求項８】 プラズマプロセス装置の運転パラメータ
を用い、プラズマ内の電子，イオンの運動方程式とマッ
クスウェル方程式とから電子，イオンのエネルギ分布を
計算し、更に、反応断面積や反応定数を用いてイオン，
中性ラジカル，反応生成物の発生率を計算し、中性粒子
が関与する反応の反応定数を基にレート方程式を用いて
中性ラジカルや反応生成物の発生率や挙動を計算し、高
周波回路方程式を解いて回路電流，電極電位を計算し、
計算結果を出力することを特徴とするプラズマプロセス
運転支援方法。 - 【請求項９】 プラズマプロセス装置の運転パラメータ
を用いプラズマ内の電子，イオンの運動方程式とマック
スウェル方程式とから電子，イオンのエネルギ分布を計
算して求める手段と、反応断面積や反応定数を用いてイ
オン，中性ラジカル，反応生成物の発生率を計算して求
める手段と、中性粒子が関与する反応の反応定数を基に
レート方程式を用いて中性ラジカルや反応生成物の発生
率や挙動を計算して求める手段と、高周波回路方程式を
解いて回路電流，電極電位を計算して求める手段と、計
算結果を出力する手段とを備えることを特徴とするプラ
ズマプロセス運転支援装置。 - 【請求項１０】 プラズマプロセス装置において、プラ
ズマプロセス装置の運転パラメータを用いプラズマ内の
電子，イオンの運動方程式とマックスウェル方程式とか
ら電子，イオンのエネルギ分布を計算して求める手段
と、反応断面積や反応定数を用いてイオン，中性ラジカ
ル，反応生成物の発生率を計算して求める手段と、中性
粒子が関与する反応の反応定数を基にレート方程式を用
いて中性ラジカルや反応生成物の発生率や挙動を計算し
て求める手段と、高周波回路方程式を解いて回路電流，
電極電位を計算して求める手段と、計算結果を出力する
手段とを備えることを特徴とするプラズマプロセス装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6161372A JPH0831747A (ja) | 1994-07-13 | 1994-07-13 | プラズマプロセス運転支援方法及びその装置並びにプラズマプロセス装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6161372A JPH0831747A (ja) | 1994-07-13 | 1994-07-13 | プラズマプロセス運転支援方法及びその装置並びにプラズマプロセス装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0831747A true JPH0831747A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=15733840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6161372A Pending JPH0831747A (ja) | 1994-07-13 | 1994-07-13 | プラズマプロセス運転支援方法及びその装置並びにプラズマプロセス装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0831747A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000025354A1 (fr) * | 1998-10-23 | 2000-05-04 | Nissin Electric Co., Ltd. | Procede de formation de couche mince de silicium polycristallin et appareil de formation de ladite couche mince |
| JP2006274420A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | プラズマ成膜方法及びプラズマｃｖｄ装置 |
| JP2008031515A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | マイクロ波プラズマ解析プログラム |
| JP2009174028A (ja) * | 2008-01-28 | 2009-08-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | マイクロ波プラズマ解析プログラム |
| KR101397965B1 (ko) * | 2013-12-03 | 2014-05-27 | 국방과학연구소 | 플라즈마 구동기의 입력 전원의 파라미터 최적화 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 |
| KR20160027926A (ko) * | 2014-08-29 | 2016-03-10 | 램 리써치 코포레이션 | Rf 생성기 동작들을 모니터링하도록 광 데이터를 사용하기 위한 시스템, 방법 및 장치 |
-
1994
- 1994-07-13 JP JP6161372A patent/JPH0831747A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000025354A1 (fr) * | 1998-10-23 | 2000-05-04 | Nissin Electric Co., Ltd. | Procede de formation de couche mince de silicium polycristallin et appareil de formation de ladite couche mince |
| US6447850B1 (en) | 1998-10-23 | 2002-09-10 | Nissin Electric Co., Ltd. | Polycrystalline silicon thin film forming method |
| US6620247B2 (en) | 1998-10-23 | 2003-09-16 | Nissin Electric Co., Ltd. | Thin polycrystalline silicon film forming apparatus |
| JP2006274420A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | プラズマ成膜方法及びプラズマｃｖｄ装置 |
| JP2008031515A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | マイクロ波プラズマ解析プログラム |
| JP2009174028A (ja) * | 2008-01-28 | 2009-08-06 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | マイクロ波プラズマ解析プログラム |
| KR101397965B1 (ko) * | 2013-12-03 | 2014-05-27 | 국방과학연구소 | 플라즈마 구동기의 입력 전원의 파라미터 최적화 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 |
| KR20160027926A (ko) * | 2014-08-29 | 2016-03-10 | 램 리써치 코포레이션 | Rf 생성기 동작들을 모니터링하도록 광 데이터를 사용하기 위한 시스템, 방법 및 장치 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100871515B1 (ko) | 플라즈마 특성들을 결정하기 위한 방법 | |
| Iordanova et al. | Optical emission spectroscopy diagnostics of inductively-driven plasmas in argon gas at low pressures | |
| Colonna et al. | Coupled solution of a time-dependent collisional-radiative model and Boltzmann equation for atomic hydrogen plasmas: possible implications with LIBS plasmas | |
| TWI496185B (zh) | 依電漿加工法之加工形狀的預測系統，其方法及程式 | |
| Ivanov et al. | Experimental and theoretical investigation of oxygen glow discharge structure at low pressures | |
| Graves | Plasma processing in microelectronics manufacturing | |
| Schulenberg et al. | Multi-diagnostic experimental validation of 1d3v PIC/MCC simulations of low pressure capacitive RF plasmas operated in argon | |
| Inada et al. | Two-dimensional electron density measurement of pulsed positive primary streamer discharge in atmospheric-pressure air | |
| Yue et al. | Spatially and temporally resolved H and OH densities in a nanosecond pulsed plasma jet: an analysis of the radical generation, transport, recombination and memory effects | |
| Nayak et al. | Characterization of an RF-driven argon plasma at atmospheric pressure using broadband absorption and optical emission spectroscopy | |
| Lin et al. | The role of associative ionization reactions in the memory effect of atmospheric pressure Townsend discharges in N2 with a small O2 addition | |
| JPH0831747A (ja) | プラズマプロセス運転支援方法及びその装置並びにプラズマプロセス装置 | |
| National Research Council et al. | Plasma processing of materials: scientific opportunities and technological challenges | |
| Winzer et al. | RF-driven atmospheric-pressure capillary plasma jet in a He/O2 gas mixture: Multi-diagnostic approach to energy transport | |
| Dijcks et al. | High-resolution electric field and temperature distributions in positive streamers | |
| Belkin et al. | Characterization of helium/argon working gas systems in a radiofrequency glow discharge atomic emission source. Part II: Langmuir probe and emission intensity studies for Al, Cu and Macor samples | |
| Hassouba et al. | A comparative spectroscopic study on emission characteristics of DC and RF discharges plasma using different gases | |
| Weiss | Excitation and ionization of iron in argon and neon glow discharges: towards the true picture | |
| Kim et al. | A method to measure electric field strengths in an argon glow discharge plasma using laser spectroscopy | |
| Voronov et al. | Model of microsecond pulsed glow discharge in hollow cathode for mass spectrometry | |
| Kim et al. | Studies of a sheath structure in an RF discharge using experimental, analytical, and simulation approaches | |
| O’Connor et al. | Development of a real time monitor and multivariate method for long term diagnostics of atmospheric pressure dielectric barrier discharges: Application to He, He/N2, and He/O2 discharges | |
| Conti et al. | Experimental and numerical investigation of a capacitively coupled low-radio frequency nitrogen plasma | |
| Bansemer et al. | On the Ar (1s5) density distribution in a flow-driven DBD at intermediate pressure | |
| Pineault et al. | Mode‐to‐mode energy transfer in collisions between S 1 state aniline and Ar, CO, CO2, C2H2, C3H4, OCS, Xe, and N2O |